WO2018149610A1 - Internal combustion engine with at least one hollow-head valve - Google Patents

Internal combustion engine with at least one hollow-head valve Download PDF

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combustion engine
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Heiko Heckendorn
Christoph Luven
Alexander Müller
Alexander Puck
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Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine having at least one cylinder and having at least two hollow-head valves according to the preamble of claim 1.
  • Heat should be dissipated as quickly as possible and largely from the valves. In general, this is, for example, already a whole series of
  • valves that is to inlet and exhaust valves, forms the limiting factor in today's internal combustion engines with respect to a further increases in power density in the cylinder and thus also with respect to the further increase in the performance of the internal combustion engine.
  • the present invention therefore deals with the problem of providing for an internal combustion engine of the generic type an improved or at least one alternative embodiment, which in particular enables a further increase in the power density in the cylinder.
  • This problem is solved according to the invention by the subject matter of independent claim 1.
  • Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
  • the present invention is based on the general idea to combine several individual measures with regard to an improved temperature management in a valve of an internal combustion engine and to achieve a large overall effect on heat dissipation and thus with regard to a possible increase in power density on a cylinder by a number of small individual measures.
  • the internal combustion engine according to the invention in this case has at least one cylinder and at least one hollow-head valve, which has a valve stem and a valve head and in an associated respectively
  • Valve guide is guided.
  • all valves of the internal combustion engine are preferably designed in this case.
  • the valve head of the hollow-head valve rests tightly on an associated valve seat ring.
  • a valve stem seal having at least two lips, wherein between the valve stem and the valve stem guide oil as
  • Heat transfer medium is arranged.
  • Valve stem seal with at least two sealing lips, the oil seal is optimized in the valve stem guide, whereby the oil in the range
  • Valve stem guide can be maintained and for an optimal operating point and thus also a maximum heat transfer from the valve stem to
  • Valve stem guide is available. By holding the oil in the
  • valve stem guide and / or the valve seat ring of a material with a higher thermal conductivity than the valve stem or the valve head, improved heat dissipation and thus improved cooling and improved in the region of the valve head and the valve stem
  • Temperature management can be achieved, which is made possible by the improved cooling of the valve, an increase in the power density in the cylinder, which in turn has a positive effect on the efficiency of the invention
  • the valve stem guide is made of a sintered metal or a non-ferrous metal, in particular of brass.
  • brass has a thermal conductivity ⁇ between 81 and 105 W / mK, which is significantly higher in comparison with the thermal conductivity of steel, which usually comprises the valve head or the valve stem.
  • Steel has a thermal conductivity of approx. 46.5 W / mK.
  • Heat dissipation in the valve stem guide can be significantly improved, which also theoretically increased power density is possible here.
  • a cavity in the hollow head valve by drilling and / or by
  • Electrochemical removal produced.
  • a cavity in the valve stem can be made, for example, by a simple drilling, while a corresponding cavity in the valve head, for example.
  • the cavity in the hollow-head valve is at least partially filled with sodium. Due to the at least partial filling of the cavity with liquid sodium in the engine operation, an even better heat transfer from the, the combustion chamber facing valve head in the direction of the valve stem, wherein an inner
  • Cooling of the hollow-head valve by the so-called shaker effect that is, the shaking and shaking of the sodium to operate in the cavity, takes place.
  • a cooler surface in the combustion chamber of the cylinder can be achieved by the improved cooling, whereby, for example, a shifting of the knock limit and thus a favorable choice of the ignition timing in the ottomotor combustion design can be achieved.
  • Fuel consumption can be achieved.
  • the valve stem has a chromium-containing or a boron carbide coating.
  • a chromium-containing coating By such a coating on the valve stem, a further improved heat transfer can be achieved, since the base material the valve stem, that is usually steel, only has a coefficient of thermal conductivity ⁇ of 46.5 W / mK, while a chromium-containing coating, for example, has almost twice as high thermal conductivity.
  • alloying elements can also be boron carbide-containing
  • the valve stem is arranged with clearance in the valve stem guide, in particular with a clearance s of 40 ⁇ ⁇ s ⁇ 80 ⁇ .
  • valve seat ring has an iron-based material with 2-15% Cr, 2-20% Mo, 0.3-5.0% V, 0.3-7.0% W and ⁇ 20% Co * , with a hardness of 35-60 HRC, and infiltrated Cu, and is particularly produced by sintering at 1100-1200 ° C.
  • the alloys mentioned above and below offer the great advantage that they offer high wear resistance, high load capacity and, in some cases, high thermal conductivity and can be used for a large number of fuels, including alcohol and gas.
  • Material with data in% by weight for a valve seat ring consisting of a base material (BM) and a functional material (FM)
  • the hollow head valve 3 has an internal cavity 10, which is partially used as the valve stem. 4
  • the valve stem 4 has a chromium-containing or a boron carbide-containing coating 12, which again the heat transfer from the base material of the valve stem 4, which is usually made of steel, in the space between the valve stem 4 and valve stem guide. 6 arranged oil in the valve stem guide 6 improves.
  • a coating 12 in addition to an improved heat transfer in addition also increased wear resistance can be achieved.
  • Valve stem end 13 whereby at the transition to the valve head 5, a larger temperature-induced thermal expansion takes place.
  • Valve stem 4 already smaller, leads the temperature-related
  • valve stem 4 is arranged with clearance s in the valve stem guide 6, in particular with a clearance s of 40 ⁇ ⁇ s ⁇ 80 ⁇ . Because of this

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Abstract

The invention relates to an internal combustion engine (1) comprising the following: - at least one cylinder (2), - at least one hollow-head valve (3) which has a valve shaft (4) and a valve head (5) and is guided in a valve shaft guide (6), and - at least one valve seat ring (7) on which the corresponding valve head (5) sealingly lies when the hollow-head valve (3) is closed. It is essential to the invention that: - a valve shaft seal (8) with at least two seal lips (9) is provided, - oil is arranged between the valve shaft (4) and the valve shaft guide (6), - the valve seat ring (7) is made of a sintered metal with infiltrated copper, and - the valve shaft (4) has a chromium-containing or a boron carbide-containing coating (12).

Description

BRENNKRAFTMASVHINE MIT ZUMINDEST EINEM HOHLKOPFVENTIL  COMBUSTION POWERMAVHINE WITH AT LEAST ONE HOLLOW HEAD VALVE
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder und mit zumindest zwei Hohlkopfventilen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . The present invention relates to an internal combustion engine having at least one cylinder and having at least two hollow-head valves according to the preamble of claim 1.
Aufgrund von immer höheren geforderten Leistungsdichten im Bereich von Zylindern einer Brennkraftmaschine, wird zunehmend ein so genanntes Due to ever higher demanded power densities in the range of cylinders of an internal combustion engine, a so-called
Temperaturmanagement an den Ventilen wichtig, wobei hier insbesondere Temperature management at the valves important, in particular here
Wärme möglichst schnell und in großem Maße von den Ventilen abgeführt werden soll. Generell sind hierzu bspw. bereits eine ganze Reihe von Heat should be dissipated as quickly as possible and largely from the valves. In general, this is, for example, already a whole series of
Einzelmaßnahmen, wie bspw. mit Natrium gefüllte Hohlkopfventile bekannt, die eine verbesserte Kühlung und damit auch eine verbesserte Wärmeabfuhr im Bereich des Ventils bewirken. Individual measures, such as, for example, filled with sodium hollow-head valves, which cause improved cooling and thus improved heat dissipation in the region of the valve.
Das Temperaturmanagement an Ventilen, das heißt an Ein- und Auslassventilen, bildet bei heutigen Brennkraftmaschinen den limitierenden Faktor bezüglich einer weiteren Zunahmen der Leistungsdichte im Zylinder und damit auch bezüglich der weiteren Zunahme der Leistung der Brennkraftmaschine. The temperature management of valves, that is to inlet and exhaust valves, forms the limiting factor in today's internal combustion engines with respect to a further increases in power density in the cylinder and thus also with respect to the further increase in the performance of the internal combustion engine.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, welche insbesondere eine weitere Zunahme der Leistungsdichte im Zylinder ermöglicht. Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. The present invention therefore deals with the problem of providing for an internal combustion engine of the generic type an improved or at least one alternative embodiment, which in particular enables a further increase in the power density in the cylinder. This problem is solved according to the invention by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, mehrere Einzelmaßnahmen hinsichtlich eines verbesserten Temperaturmanagements bei einem Ventil einer Brennkraftmaschine zu kombinieren und durch mehrere kleine Einzelmaßnahmen einen großen Gesamteffekt hinsichtlich der Wärmeabfuhr und damit hinsichtlich einer möglichen Steigerung einer Leistungsdichte an einem Zylinder zu erreichen. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist dabei zumindest einen Zylinder und zumindest ein Hohlkopfventil auf, das einen Ventilschaft und einen Ventilkopf besitzt und in einer jeweils zugehörigen The present invention is based on the general idea to combine several individual measures with regard to an improved temperature management in a valve of an internal combustion engine and to achieve a large overall effect on heat dissipation and thus with regard to a possible increase in power density on a cylinder by a number of small individual measures. The internal combustion engine according to the invention in this case has at least one cylinder and at least one hollow-head valve, which has a valve stem and a valve head and in an associated respectively
Ventilführung geführt ist. Selbstverständlich sind dabei vorzugsweise sämtliche Ventile der Brennkraftmaschine derart ausgeführt. Bei einem geschlossenen Hohlkopfventil liegt der Ventilkopf des Hohlkopfventils auf einem zugehörigen Ventilsitzring dicht auf. Zur verbesserten Wärmeabfuhr ist nunmehr vorgesehen, eine Ventilschaftdichtung mit zumindest zwei Lippen bereitzustellen, wobei zwischen dem Ventilschaft und der Ventilschaftführung Öl als Valve guide is guided. Of course, all valves of the internal combustion engine are preferably designed in this case. In the case of a closed hollow-head valve, the valve head of the hollow-head valve rests tightly on an associated valve seat ring. For improved heat dissipation is now provided to provide a valve stem seal having at least two lips, wherein between the valve stem and the valve stem guide oil as
Wärmeübertragermedium angeordnet ist. Durch die Verwendung der Heat transfer medium is arranged. By using the
Ventilschaftdichtung mit zumindest zwei Dichtlippen wird die Ölabdichtung im Bereich der Ventilschaftführung optimiert, wodurch das Öl im Bereich der Valve stem seal with at least two sealing lips, the oil seal is optimized in the valve stem guide, whereby the oil in the range
Ventilschaftführung gehalten werden kann und für einen optimalen Betriebspunkt und damit auch einen maximalen Wärmetransfer vom Ventilschaft zur Valve stem guide can be maintained and for an optimal operating point and thus also a maximum heat transfer from the valve stem to
Ventilschaftführung zur Verfügung steht. Durch das Halten des Öls im Valve stem guide is available. By holding the oil in the
Zwischenraum zwischen der Ventilschaftführung und dem Ventilschaft, können jedoch nicht nur der Wärmetransfer und darüber die Wärmeabfuhr und das Temperaturmanagement verbessert, sondern zudem auch ein Verschleiß und schädliche Ablagerungen am Ventilschaft reduziert werden. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen die Gap between the valve stem guide and the valve stem, however, not only the heat transfer and above the heat dissipation and the temperature management can be improved, but also a wear and harmful deposits on the valve stem can be reduced. In an advantageous embodiment of the invention, the
Ventilschaftführung und/oder der Ventilsitzring eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf als der Ventilschaft und der Ventilkopf, wodurch in diese Komponenten Valve stem guide and / or the valve seat ring on a higher thermal conductivity than the valve stem and the valve head, which in these components
übertragene Wärme schnell abgeführt werden kann. Durch die Ausbildung der Ventilschaftführung und/oder des Ventilsitzringes aus einem Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als der Ventilschaft bzw. der Ventil köpf, können auch im Bereich des Ventilkopfs und des Ventilschaftes eine verbesserte Wärmeabfuhr und damit eine verbesserte Kühlung und ein verbessertes transmitted heat can be dissipated quickly. By forming the valve stem guide and / or the valve seat ring of a material with a higher thermal conductivity than the valve stem or the valve head, improved heat dissipation and thus improved cooling and improved in the region of the valve head and the valve stem
Temperaturmanagement erreicht werden, wobei durch die verbesserte Kühlung des Ventils eine Steigerung der Leistungsdichte im Zylinder ermöglicht wird, was sich wiederum positiv auf den Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Temperature management can be achieved, which is made possible by the improved cooling of the valve, an increase in the power density in the cylinder, which in turn has a positive effect on the efficiency of the invention
Brennkraftmaschine auswirkt. Internal combustion engine affects.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Ventilschaftführung aus einem Sintermetall oder einem Buntmetall, insbesondere aus Messing, ausgebildet. Messing weist bspw. eine Wärmeleitfähigkeit λ zwischen 81 und 105 W/mK auf, was im Vergleich zur Wärmeleitfähigkeit von Stahl, aus welchem üblicherweise der Ventilkopf bzw. der Ventilschaft besteht, deutlich höher ist. Stahl weist eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 46,5 W/mK auf. Durch ein derartiges Sintermetall bzw. ein solches Buntmetall kann die In an advantageous development of the solution according to the invention, the valve stem guide is made of a sintered metal or a non-ferrous metal, in particular of brass. For example, brass has a thermal conductivity λ between 81 and 105 W / mK, which is significantly higher in comparison with the thermal conductivity of steel, which usually comprises the valve head or the valve stem. Steel has a thermal conductivity of approx. 46.5 W / mK. By such a sintered metal or such a non-ferrous metal, the
Wärmeabfuhr im Bereich der Ventilschaftführung deutlich verbessert werden, wodurch auch hier theoretisch eine erhöhte Leistungsdichte möglich ist. Durch das zwischen der Ventilschaftführung und dem Ventilschaft angeordnete Öl bzw. den Ölfilm, können ein Wärmeübertrag und damit eine Wärmeabfuhr vom Heat dissipation in the valve stem guide can be significantly improved, which also theoretically increased power density is possible here. By arranged between the valve stem guide and the valve stem oil or the oil film, a heat transfer and thus a heat dissipation from
Ventilschaft in die Ventilschaftführung besonders gut erfolgen. Valve stem in the valve stem guide done very well.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist ein Hohlraum in dem Hohlkopfventil durch Bohren und/oder durch In an advantageous embodiment of the internal combustion engine according to the invention, a cavity in the hollow head valve by drilling and / or by
elektrochemisches Abtragen (ECM) hergestellt. Ein Hohlraum im Ventilschaft kann dabei bspw. durch ein einfaches Bohren hergestellt werden, während ein entsprechender Hohlraum im Ventilkopf bspw. mittels elektrochemischem Electrochemical removal (ECM) produced. A cavity in the valve stem can be made, for example, by a simple drilling, while a corresponding cavity in the valve head, for example. By means of electrochemical
Abtragen hergestellt werden kann, wodurch insbesondere eine an die Abtragen can be produced, which in particular a to the
Außengeometrie des Ventilkopfs angepasste Geometrie des Hohlraums im Ventil köpf geschaffen werden kann. Hierdurch ist eine besonders effektive Kühlung des Ventilkopfes möglich. External geometry of the valve head adapted geometry of the cavity in the valve head can be created. As a result, a particularly effective cooling of the valve head is possible.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der Hohlraum im Hohlkopfventil zumindest teilweise mit Natrium gefüllt. Durch das zumindest teilweise Befüllen des Hohlraumes mit im Motorbetrieb flüssigem Natrium, erfolgt ein noch besserer Wärmetransport von dem, dem Brennraum zugewandten Ventilkopf in Richtung des Ventilschaftes, wobei eine innere In an advantageous development of the solution according to the invention, the cavity in the hollow-head valve is at least partially filled with sodium. Due to the at least partial filling of the cavity with liquid sodium in the engine operation, an even better heat transfer from the, the combustion chamber facing valve head in the direction of the valve stem, wherein an inner
Kühlung des Hohlkopfventils durch den so genannten Shaker-Effekt, das heißt das Hin- und Herschütteln des zum Betrieb flüssigen Natriums im Hohlraum, erfolgt. Durch die verbesserte Kühlung kann insbesondere auch eine kühlere Oberfläche im Brennraum des Zylinders erreicht werden, wodurch bspw. ein Verschieben der Klopfgrenze und somit eine günstige Wahl des Zündzeitpunkts bei der ottomotorischen Verbrennungsauslegung erreicht werden kann. Durch Optimierung dieser Prozesse kann auch eine Reduzierung des Cooling of the hollow-head valve by the so-called shaker effect, that is, the shaking and shaking of the sodium to operate in the cavity, takes place. In particular, a cooler surface in the combustion chamber of the cylinder can be achieved by the improved cooling, whereby, for example, a shifting of the knock limit and thus a favorable choice of the ignition timing in the ottomotor combustion design can be achieved. By optimizing these processes can also reduce the
Kraftstoffverbrauchs erreicht werden. Fuel consumption can be achieved.
Erfindungsgemäß ist der Ventilsitzring aus einem Sintermetall mit infiltriertem Kupfer ausgebildet. Kupfer besitzt eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit λ von 380 W/mK und ist dadurch besonders für eine optimierte Wärmeabfuhr und damit eine optimierte Kühlung des Ventilkopfs prädestiniert. According to the invention, the valve seat ring is formed from a sintered metal with infiltrated copper. Copper has a particularly high thermal conductivity λ of 380 W / mK and is thus predestined for optimized heat dissipation and thus optimized cooling of the valve head.
Erfindungsgemäß weist der Ventilschaft eine Chrom-haltige oder eine Borcarbid- Beschichtung auf. Durch eine derartige Beschichtung am Ventilschaft kann ein nochmals verbesserter Wärmeübertrag erreicht werden, da der Grundwerkstoff des Ventilschafts, das heißt üblicherweise Stahl, lediglich einen Wärmeleitkoeffizienten λ von 46,5 W/mK aufweist, während eine chromhaltige Beschichtung bspw. eine nahezu doppelt so hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Je nach Anteilen an Legierungselementen kann auch eine Borcarbid-haltige According to the invention, the valve stem has a chromium-containing or a boron carbide coating. By such a coating on the valve stem, a further improved heat transfer can be achieved, since the base material the valve stem, that is usually steel, only has a coefficient of thermal conductivity λ of 46.5 W / mK, while a chromium-containing coating, for example, has almost twice as high thermal conductivity. Depending on the proportions of alloying elements can also be boron carbide-containing
Beschichtung eine Wärmeleitfähigkeit λ von bis zu 90 W/mK und damit eine deutlich verbesserte Wärmeleitfähigkeit λ als Stahl aufweisen. Coating a thermal conductivity λ of up to 90 W / mK and thus have a significantly improved thermal conductivity λ as steel.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der Ventilschaft mit Spiel in der Ventilschaftführung angeordnet, insbesondere mit einem Spiel s vom 40 μιτι < s < 80 μιτι. Hierbei handelt es sich um ein Spiel, welches im Vergleich zu herkömmlichen Standardventilsystemen deutlich vergrößert ist, so dass im Zwischenraum zwischen dem Ventilschaft und der Ventilschaftführung mehr Öl und damit ein größerer Anteil an In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, the valve stem is arranged with clearance in the valve stem guide, in particular with a clearance s of 40 μιτι <s <80 μιτι. This is a game that is significantly increased compared to conventional standard valve systems, so that in the space between the valve stem and the valve stem guide more oil and thus a larger proportion of
Wärmeübertragermedium platziert werden kann. Durch das größere Schaftspiel können jedoch nicht nur ein verbesserter Wärmeübergang vom Ventilschaft zur Ventilschaftführung, sondern zudem auch verbesserte Schmiereigenschaften erreicht werden. Heat transfer medium can be placed. However, not only an improved heat transfer from the valve stem to the valve stem guide, but also improved lubricating properties can be achieved by the larger shaft clearance.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Ventilsitzring einen eisenbasierten Werkstoff mit 2-15% Cr, 2-20% Mo, 0,3-5,0% V, 0,3-7,0% W und < 20% Co*, mit einer Härte von 35-60 HRC, und infiltriertem Cu auf und ist insbesondere durch Sintern bei 1 100-1200 °C hergestellt. In an advantageous development of the valve seat ring has an iron-based material with 2-15% Cr, 2-20% Mo, 0.3-5.0% V, 0.3-7.0% W and <20% Co * , with a hardness of 35-60 HRC, and infiltrated Cu, and is particularly produced by sintering at 1100-1200 ° C.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawing and the accompanying
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung. Description of the figures with reference to the drawing.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. A preferred embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be explained in more detail in the following description.
Die einzige Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine im Bereich eines Ventils. The only Fig. 1 shows a sectional view through an internal combustion engine according to the invention in the region of a valve.
Entsprechend der Fig. 1 weist eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 zumindest einen Zylinder 2 und zumindest zwei Hohlkopfventilen 3 auf, wovon im vorliegenden Fall jeweils lediglich ein Zylinder 2 und ein zugehöriges According to FIG. 1, an internal combustion engine 1 according to the invention has at least one cylinder 2 and at least two hollow-head valves 3, of which in the present case only one cylinder 2 and one associated thereto
Hohlkopfventil 3 gezeichnet sind, während das zweite Hohlkopfventil oberhalb oder unterhalb der Bildebene angeordnet ist. Das Hohlkopfventil 3 weist dabei einen Ventilschaft 4 und einen Ventilkopf 5 auf und ist in einer zugehörigen Ventilschaftführung 6 geführt. Ebenfalls vorgesehen ist ein Ventilsitzring 7, auf dem der jeweilige Ventilkopf 5 bei geschlossenem Hohlkopfventil 3 dicht aufliegt, wie dies gemäß der Fig. 1 gezeigt ist. Erfindungsgemäß ist nun an zumindest einem Hohlkopfventil 3 eine Ventilschaftdichtung 8 mit zumindest zwei den Ventilschaft 4 umschließenden Dichtlippen 9 vorgesehen, wobei die Hollow-head valve 3 are drawn, while the second hollow-head valve is arranged above or below the image plane. The hollow head valve 3 has a valve stem 4 and a valve head 5 and is guided in an associated valve stem guide 6. Also provided is a valve seat ring 7, on which the respective valve head 5 rests tightly when the hollow head valve 3 is closed, as shown in FIG. 1. According to the invention, a valve stem seal 8 with at least two sealing lips 9 enclosing the valve stem 4 is now provided on at least one hollow head valve 3, wherein the
Ventilschaftdichtung 8 fest mit der Ventilschaftführung 6 verbunden ist und mit ihren zumindest zwei Dichtlippen 9 beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1 an einer Außenmantelfläche des Ventilschafts 4 entlang gleitet. Zwischen dem Ventilschaft 4 und der Ventilschaftführung 6 ist dabei Öl angeordnet, wobei dieses Öl nicht nur einer Schmierung, sondern vor allen Dingen auch einem Wärmeabtrag und damit als Wärmeübertragermedium zwischen dem Ventilschaft 4 und der Ventilschaftführung 6 dient. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen nun zusätzlich noch die Ventilschaftführung 6 und/oder der Ventilsitzring 7 eine höhere Valve stem seal 8 is fixedly connected to the valve stem guide 6 and slides with their at least two sealing lips 9 during operation of the internal combustion engine 1 on an outer circumferential surface of the valve stem 4 along. In this case, oil is arranged between the valve stem 4 and the valve stem guide 6, this oil serving not only for lubrication, but above all for heat removal and thus as heat transfer medium between the valve stem 4 and the valve stem guide 6. In an advantageous embodiment of the invention, now additionally the valve stem guide 6 and / or the valve seat ring 7 have a higher
Wärmeleitfähigkeit λ auf, als der Ventilschaft 4 und der Ventilkopf 5, wodurch auch hier ein verbesserter Wärmeübertrag und damit eine verbesserte Thermal conductivity λ, as the valve stem 4 and the valve head 5, whereby also here an improved heat transfer and thus improved
Wärmeabfuhr erreicht werden können. Heat dissipation can be achieved.
Üblicherweise sind der Ventilschaft 4 und der Ventilkopf 5 aus Stahl ausgebildet, wobei das Hohlkopfventil 3 bspw. als gebautes Hohlkopfventil ausgebildet sein kann. Stahl besitzt üblicherweise je nach Anteilen an Legierungselementen eine Wärmeleitfähigkeit λ von ca. 46,5 W/mK, wogegen die Ventilschaftführung 6 und der Ventilsitzring 7 aus Materialien ausgebildet sind, die eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit λ besitzen. Die Ventilschaftführung 6 kann bspw. aus einem Sintermetall oder einem Buntmetall, insbesondere aus Messing, ausgebildet sein, wobei Messing bspw. eine Wärmeleitfähigkeit λ von 81 bis 105 W/mK aufweist und damit eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit λ besitzt als Stahl. Der Ventilsitzring 7 wiederum kann ebenfalls bspw. aus einem Sintermetall mit infiltriertem Kupfer ausgebildet sein, wobei besonders Kupfer durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit λ von ca. 380 W/mK auffällt und dadurch ebenfalls einen verbesserten Wärmetransfer und eine verbesserte Wärmeabfuhr und damit auch eine verbesserte Kühlung des Hohlkopfventils 3 ermöglicht. Usually, the valve stem 4 and the valve head 5 are formed of steel, wherein the hollow-head valve 3 may, for example, be designed as a built-up hollow-head valve. Steel usually has, depending on the proportions of alloying elements, a thermal conductivity λ of approximately 46.5 W / mK, whereas the valve stem guide 6 and the valve seat ring 7 are formed from materials which have a significantly higher thermal conductivity λ. The valve stem guide 6 can be formed, for example, from a sintered metal or a non-ferrous metal, in particular brass, wherein brass, for example, has a thermal conductivity λ of 81 to 105 W / mK and thus has a significantly higher thermal conductivity λ than steel. The valve seat ring 7 in turn can likewise be formed, for example, from a sintered metal with infiltrated copper, copper being particularly noticeable by a high thermal conductivity λ of about 380 W / mK and thus also improved heat transfer and improved heat dissipation and thus improved cooling of the Hollow-head valve 3 allows.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Ventilsitzring 7 einen In an advantageous development, the valve seat ring 7 has a
eisenbasierten Werkstoff mit 2-15% Cr, 2-20% Mo, 0,3-5,0% V, 0,3-7,0% W und < 20% Co*, mit einer Härte von 35-60 HRC, und infiltriertem Cu auf und ist insbesondere durch Sintern bei 1 100-1200 °C hergestellt. iron-based material with 2-15% Cr, 2-20% Mo, 0.3-5.0% V, 0.3-7.0% W and <20% Co * , with a hardness of 35-60 HRC, and infiltrated Cu, and is particularly produced by sintering at 1100-1200 ° C.
Prinzipiell kann der Ventilsitzring 7 wie folgt zusammengesetzt sein: Werkstoff mit Angaben in Gew.-% In principle, the valve seat ring 7 can be composed as follows: Material with details in% by weight
C Cr Mo Co W V Cu Fe Rest C Cr Mo Co W V Cu Fe Rest
Min. 0,5 5,0 5,0 15,0 1 ,0 0 10 Rest 0Min. 0,5 5,0 5,0 15,0 1, 0 0 10 Rest 0
Max. 2,0 15,0 15,0 20,0 4,0 3,0 17,0 Rest 5,0Max. 2.0 15.0 15.0 20.0 4.0 3.0 17.0 Remaining 5.0
Insbesondere o hne Hg, Cd, Pb od er sechswertiges Cr, Einsal z für eine Vielzahl an Kraftstoffen, au 3h Alkohol und Ga s. In particular, Hg, Cd, Pb or the hexavalent Cr, a salt z for a variety of fuels, au 3h alcohol and Ga s.
Werkstoff mit Angaben in Gew.-% Material with details in% by weight
Figure imgf000010_0001
Figure imgf000010_0001
Insbesondere ohne Hg, Cd, Pb oder sechswertiges Cr, hoher Verschleißwiderstand, Einsatz für eine Vielzahl an Kraftstoffen, auch Alkohol und Gas.  In particular, without Hg, Cd, Pb or hexavalent Cr, high wear resistance, use for a variety of fuels, including alcohol and gas.
Figure imgf000010_0002
Figure imgf000010_0002
Werkstoff mit Angaben in Gew.-% Material with details in% by weight
C Cr Mo Co W V Cu Fe Rest C Cr Mo Co W V Cu Fe Rest
Min. 0,7 2,0 12,0 8,0 2,0 1 ,0 10,0 Rest 0 Min. 0.7 2.0 12.0 8.0 2.0 1, 0 10.0 Remainder 0
Max. 1 ,5 4,0 18,0 12,0 4,0 2,0 20,0 Rest 3,0 hoher Verschleißwiderstand, hohe Belastungsfä "rigkeit, Einsatz für eine Vielzahl an Kraftstoffen, auch Alkohol und Gas. Werkstoff mit Angaben in Gew.-% Max. 1, 5 4.0 18.0 12.0 4.0 2.0 20.0 3.0 rest of high wear resistance, high Belastungsfä "rigkeit, use for a variety of fuels, including alcohol and gas. Material with details in% by weight
C Cr Mo Si W V Cu Fe Rest C Cr Mo Si W V Cu Fe rest
Min. 0,5 2,5 5,0 0,2 3,0 1 ,0 10,0 Rest 0 Min. 0.5 2.5 5.0 0.2 3.0 1, 0 10.0 Remainder 0
Max. 1 ,5 5,0 8,0 1 ,0 6,0 4,0 20,0 Rest 3,0 hoher Verschleißwiderstand, Einsatz für eine Vielzahl an Kraftstoffen, auch Alkohol und Max. 1, 5 5.0 8.0 1, 0 6.0 4.0 20.0 Remaining 3.0 high wear resistance, use for a variety of fuels, including alcohol and
Gas. Gas.
Figure imgf000011_0001
Figure imgf000011_0001
Werkstoff mit Angaben in Gew.-% bei einem Ventilsitzring, bestehend aus einem Basismaterial (BM) und einem Funktionsmaterial (FM) Material with data in% by weight for a valve seat ring consisting of a base material (BM) and a functional material (FM)
C Cr Mo Co W V Cu Fe Rest Mn S C Cr Mo Co W V Cu Fe Rest Mn S
BM Min. 0,5 5,0 Rest 0 0 0BM Min. 0.5 5.0 Remainder 0 0 0
BM Max. 1 ,5 15,0 Rest 3,0 1 ,0 0,5BM Max. 1, 5 15,0 Remainder 3,0 1, 0 0,5
FM Min. 1 ,0 2,0 12,0 8,0 2,0 1 ,0 10,0 Rest 0 FM Min. 1, 0 2.0 12.0 8.0 2.0 1, 0 10.0 Remainder 0
FM Max. 1 ,5 4,0 18,0 12,0 4,0 2,0 20,0 Rest 3,0  FM Max. 1, 5 4.0 18.0 12.0 4.0 2.0 20.0 Remainder 3.0
Insbesondere ohne Hg, Cd, Pb oc er sechswertiges Cr, hoher Verschleißwiderstand, hohe Belastungsfähigkeit, Einsatz für eine Vielzahl an Kraftstoffen, auch Alkohol und Gas. Werkstoff mit Angaben in Gew.-% bei einem Ventilsitzring, bestehend aus einem Basismaterial (BM) und einem Funktionsmaterial (FM) Especially without Hg, Cd, Pb or hexavalent Cr, high wear resistance, high load capacity, use for a variety of fuels, including alcohol and gas. Material with data in% by weight for a valve seat ring consisting of a base material (BM) and a functional material (FM)
C Cr Mo Si W V Cu Fe Rest Mn S C Cr Mo Si W V Cu Fe balance Mn S
BM Min. 0,3 28,0 Rest 0 0 0BM Min. 0.3 28.0 Remainder 0 0 0
BM Max. 1 ,3 48,0 Rest 3,0 1 ,0 0,5BM Max. 1, 3 48,0 Remainder 3.0 1, 0 0.5
FM Min. 1 ,0 10,0 2,5 0,2 0,8 0,4 18,0 Rest 0 0FM min. 1, 0 10.0 2.5 0.2 0.8 0.4 18.0 remainder 0 0
FM Max. 1 ,8 15,0 4,5 1 ,8 1 ,5 1 ,0 28,0 Rest 3,0 0,6FM Max. 1, 8 15.0 4.5 1, 8 1, 5 1, 0 28.0 Remainder 3.0 0.6
Insbesondere ohne Hg, Cd, Pb oc er sechswertiges Cr, hoher Verschleißwiderstand, Einsatz für eine Vielzahl an Krafts toffen, auch Alkohol und Gas, Basismaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Especially without Hg, Cd, Pb or hexavalent Cr, high wear resistance, use for a variety of Krafts substances, including alcohol and gas, base material with high thermal conductivity.
Figure imgf000012_0001
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Die zuvor und nachfolgendend genannten Legierungen bieten den großen Vorteil, dass sie einen hohen Verschleißwiderstand, eine hohe Belastungsfähigkeit und z.T. eine hohe Wärmeleitfähigkeit bieten und für eine Vielzahl an Kraftstoffen, auch Alkohol und Gas, eingesetzt werden können. Werkstoff mit Angaben in Gew.-% bei einem Ventilsitzring, bestehend aus einem Basismaterial (BM) und einem Funktionsmaterial (FM) The alloys mentioned above and below offer the great advantage that they offer high wear resistance, high load capacity and, in some cases, high thermal conductivity and can be used for a large number of fuels, including alcohol and gas. Material with data in% by weight for a valve seat ring consisting of a base material (BM) and a functional material (FM)
C Cr Mo Si W V Cu Fe Rest Mn S C Cr Mo Si W V Cu Fe balance Mn S
BM Min. 0,5 5,0 Rest 0 0 0BM Min. 0.5 5.0 Remainder 0 0 0
BM Max. 1 ,5 15,0 Rest 3,0 1 ,0 0,5BM Max. 1, 5 15,0 Remainder 3,0 1, 0 0,5
FM Min. 0,5 3,0 8,0 2,0 1 ,0 12,0 Rest 0 0FM Min. 0.5 3.0 8.0 2.0 1, 0 12.0 Remainder 0 0
FM Max. 2,0 6,0 15,0 5,0 3,0 22,0 Rest 3,0 1 ,0FM Max. 2.0 6.0.0 15.0 5.0 3.0 22.0 Remainder 3.0 1, 0
Insbesondere ohne Hg, Cd, Pb oc er sechswertiges Cr, hoher Verschleißwiderstand, hohe Belastungsfähigkeit, Einsatz für eine Vielzahl an Kraftstoffen, auch Alkohol und Gas, Basismaterial mit hoher War meleitfähigkeit. In particular, without Hg, Cd, Pb or hexavalent Cr, high wear resistance, high load capacity, use for a variety of fuels, including alcohol and gas, base material with high War meleitfähigkeit.
Wie der Fig. 1 weiter zu entnehmen ist, weist das Hohlkopfventil 3 einen innenliegenden Hohlraum 10 auf, der teilweise als den Ventilschaft 4 1, the hollow head valve 3 has an internal cavity 10, which is partially used as the valve stem. 4
durchdringende und im Ventilkopf 5 endende Bohrung ausgebildet ist. Bei dem Hohlkopfventil 3 ist der Hohlraum 10 im Bereich des Ventilkopfs 5 zusätzlich durch elektrochemisches Abtragen vergrößert und dadurch an die penetrating and ending in the valve head 5 bore is formed. In the case of the hollow-head valve 3, the cavity 10 in the region of the valve head 5 is additionally enlarged by electrochemical removal and thereby attached to the
Außengeometrie des Ventilkopfes 5 angepasst. Um die Kühlung des External geometry of the valve head 5 adapted. To the cooling of the
Hohlkopfventils 3 steigern zu können, kann der Hohlraum 10 zumindest teilweise mit Natrium 1 1 befüllt werden, welches im Motorbetrieb aufgrund seines geringen Schmelzpunktes flüssig wird und dadurch eine Kühlung des Hohlkopfventils 3 durch einen sogenannten Shaker-Effekt bewirkt. Durch diesen Shaker-Effekt wird insbesondere Wärme aus dem Zylinder 2 über den Ventilschaft 4 abgeführt. Hollow-head valve 3 to increase, the cavity 10 can be at least partially filled with sodium 1 1, which is liquid during operation of the engine due to its low melting point and thereby causes cooling of the hollow head valve 3 by a so-called shaker effect. In particular, heat is removed from the cylinder 2 via the valve stem 4 by means of this shaker effect.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine weist der Ventilschaft 4 eine chromhaltige oder eine borcarbidhaltige Beschichtung 12 auf, welche nochmals den Wärmeübertrag vom Grundmaterial des Ventilschafts 4, welches üblicherweise aus Stahl besteht, über das im Zwischenraum zwischen Ventilschaft 4 und Ventilschaftführung 6 angeordnete Öl in die Ventilschaftführung 6 verbessert. Durch eine derartige Beschichtung 12 kann neben einem verbesserten Wärmeübertrag zusätzlich auch eine erhöhte Verschleißbeständigkeit erreicht werden. In a particularly preferred embodiment of the internal combustion engine according to the invention, the valve stem 4 has a chromium-containing or a boron carbide-containing coating 12, which again the heat transfer from the base material of the valve stem 4, which is usually made of steel, in the space between the valve stem 4 and valve stem guide. 6 arranged oil in the valve stem guide 6 improves. By such a coating 12 in addition to an improved heat transfer in addition also increased wear resistance can be achieved.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der Ventilschaft 4 konisch ausgebildet und verjüngt sich hin zum Ventilkopf 5, so dass er im Bereich des Ventilkopfes 5 einen geringeren Außendurchmesser aufweist als an einem davon abgewandten freien Ende. So soll insbesondere beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1 eine temperaturbedingte In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, the valve stem 4 is conical and tapers towards the valve head 5 so that it has a smaller outer diameter in the region of the valve head 5 than at a free end facing away from it. Thus, in particular during operation of the internal combustion engine 1, a temperature-related
Durchmesserdifferenz zwischen einem Ventilschaftende 13 und dem Ventilschaft 4 im Bereich des Ventilkopfes 5 reduziert und dadurch insbesondere ein Reduced diameter difference between a valve stem end 13 and the valve stem 4 in the region of the valve head 5 and thereby in particular a
Klemmen des Ventilschaftes 4 im Bereich der Ventilführung 6 vermieden werden. Im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 ist der Ventilschaft 4 am Übergang zum Ventilkopf 5 deutlich höheren Temperaturbelastungen ausgesetzt als am Clamping of the valve stem 4 in the region of the valve guide 6 can be avoided. During operation of the internal combustion engine 1, the valve stem 4 is exposed at the transition to the valve head 5 significantly higher temperature loads than on
Ventilschaftende 13, wodurch am Übergang zum Ventilkopf 5 eine größere temperaturbedingte Wärmedehnung erfolgt. Ist hier der Durchmesser des Valve stem end 13, whereby at the transition to the valve head 5, a larger temperature-induced thermal expansion takes place. Here is the diameter of the
Ventilschaftes 4 an sich bereits kleiner, führt die temperaturbedingte Valve stem 4 already smaller, leads the temperature-related
Wärmedehnung nun zu einem Durchmesser, welcher demjenigen Durchmesser am freien Ventilschaftende 13 im Wesentlichen entspricht, so dass im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 ein vorzugsweise nahezu zylindrischer Ventilschaft 4 vorliegt. Thermal expansion now to a diameter which corresponds to that diameter at the free valve stem end 13 substantially, so that in operation of the internal combustion engine 1, a preferably almost cylindrical valve stem 4 is present.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der Ventilschaft 4 mit Spiel s in der Ventilschaftführung 6 angeordnet, insbesondere mit einem Spiel s von 40 μιτι < s < 80 μιτι. Durch dieses In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, the valve stem 4 is arranged with clearance s in the valve stem guide 6, in particular with a clearance s of 40 μιτι <s <80 μιτι. Because of this
vergleichsweise große Spiel kann ein zwischen dem Ventilschaft 4 einerseits und der Ventilschaftführung 6 andererseits vergrößerter Ringraum geschaffen werden, in welchem mehr Öl und damit mehr Wärmeübertragermedium angeordnet werden kann, wodurch jedoch nicht nur ein verbesserter Wärmeabtrag und dadurch eine verbesserte Kühlung und ein verbessertes Temperaturnnanagennent erzielt werden können, sondern zudem auch eine verbesserte Schmierung des Ventilschaftes 4 in der Ventilschaftführung 6 und dadurch eine leichtgängige Lagerung des Hohlkopfventils 3 in der Ventilschaftführung 6. comparatively large clearance can be created between the valve stem 4 on the one hand and the valve stem guide 6 on the other hand enlarged annular space in which more oil and thus more heat transfer medium can be arranged, which, however, not only improved heat removal and As a result, improved cooling and improved Temperaturnnanagennent can be achieved, but also an improved lubrication of the valve stem 4 in the valve stem guide 6 and thereby a smooth mounting of the hollow head valve 3 in the valve stem guide. 6
Durch die Kombination einzelner Temperaturmanagementmaßnahmen kann ein in Summe vergleichsweise großer Kühleffekt erzielt werden, der zu einer deutlich verbesserten Kühlung des Hohlkopfventils 3 und damit zu einem deutlich verbesserten Temperaturmanagement führt, wodurch sich insbesondere eine größere Leistungsdichte im Zylinder 2 der Brennkraftmaschine 1 erreichen lässt. By combining individual temperature management measures, a total comparatively large cooling effect can be achieved, which leads to a significantly improved cooling of the hollow head valve 3 and thus to a significantly improved temperature management, which in particular can achieve a greater power density in the cylinder 2 of the internal combustion engine 1.

Claims

Ansprüche claims
1 . Brennkraftmaschine (1 ) mit 1 . Internal combustion engine (1) with
- zumindest einem Zylinder (2),  at least one cylinder (2),
- zumindest einem Hohlkopfventil (3), das einen Ventilschaft (4) und einen Ventilkopf (5) aufweist und in einer Ventilschaftführung (6) geführt ist, at least one hollow head valve (3) having a valve stem (4) and a valve head (5) and guided in a valve stem guide (6),
- zumindest einem Ventilsitzring (7), auf dem der zugehörige Ventilkopf (5) bei geschlossenem Hohlkopfventil (3) dicht aufliegt, at least one valve seat ring (7) on which the associated valve head (5) rests tightly when the hollow head valve (3) is closed,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
- dass eine Ventilschaftdichtung (8) mit zumindest zwei Dichtlippen (9) vorgesehen ist,  - That a valve stem seal (8) is provided with at least two sealing lips (9),
- dass zwischen dem Ventilschaft (4) und der Ventilschaftführung (6) Öl angeordnet ist,  - That between the valve stem (4) and the valve stem guide (6) is arranged oil,
- der Ventilsitzring (7) aus einem Sintermetall mit infiltriertem Kupfer ausgebildet ist,  the valve seat ring (7) is formed from a sintered metal with infiltrated copper,
- der Ventilschaft (4) eine Chrom-haltige oder eine Borcarbid-haltige  - The valve stem (4) a chromium-containing or a boron carbide-containing
Beschichtung (12) aufweist.  Having coating (12).
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , 2. Internal combustion engine according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Ventilschaftführung (6) und/oder der Ventilsitzring (7) eine höhere Wärmeleitfähigkeit (λ) aufweisen als der Ventilschaft (4) und der Ventilkopf (5).  the valve stem guide (6) and / or the valve seat ring (7) have a higher thermal conductivity (λ) than the valve stem (4) and the valve head (5).
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass 3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that
ein Hohlraum (10) in dem Hohlkopfventil (3) zumindest teilweise durch Bohren und/oder durch elektrochemisches Abtragen hergestellt ist.  a cavity (10) in the hollow head valve (3) is made at least partially by drilling and / or by electrochemical removal.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, 4. Internal combustion engine according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
sich der Hohlraum (10) vom Ventilschaft (4) bis in den Ventilkopf (5) erstreckt.  the cavity (10) extends from the valve stem (4) into the valve head (5).
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4, 5. Internal combustion engine according to claim 3 or 4,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Hohlraum (10) zumindest teilweise mit Natrium (1 1 ) gefüllt ist.  the cavity (10) is at least partially filled with sodium (1: 1).
6. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. Internal combustion engine according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Hohlkopfventil (3) als gebautes, als geschmiedetes oder als  the hollow head valve (3) as built, as forged or as
geschweißtes Hohlkopfventil (3) ausgebildet ist.  welded hollow head valve (3) is formed.
7. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. Internal combustion engine according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Ventilschaft (4) konisch ausgebildet ist und sich zum Ventilkopf (5) hin verjüngt.  the valve stem (4) is conical and tapers towards the valve head (5).
8. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. Internal combustion engine according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Ventilschaft (4) mit Spiel s in der Ventilschaftführung (6) angeordnet ist, insbesondere mit einem Spiel s von 40 μιτι < s < 80 μιτι.  the valve stem (4) with play s in the valve stem guide (6) is arranged, in particular with a game s of 40 μιτι <s <80 μιτι.
9. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 9. Internal combustion engine according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilschaftführung (6) aus einem Sintermetall oder einem Buntmetall, insbesondere aus Messing, ausgebildet ist. characterized in that the valve stem guide (6) is made of a sintered metal or a non-ferrous metal, in particular made of brass.
10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 10. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 9,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Ventilsitzring (7) einen eisenbasierten Werkstoff mit 2-15% Cr, 2-20% Mo, 0,3-5,0% V, 0,3-7,0% W und < 20% Co*, mit einer Härte von 35-60 HRC, und infiltriertem Cu aufweist. the valve seat ring (7) is an iron-based material with 2-15% Cr, 2-20% Mo, 0.3-5.0% V, 0.3-7.0% W and <20% Co * , with a hardness of 35-60 HRC, and infiltrated Cu.
1 1 . Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, 1 1. Internal combustion engine according to claim 10,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Ventilsitzring (7) durch Sintern bei 1 100-1200 °C hergestellt ist.  the valve seat ring (7) is made by sintering at 1 100-1200 ° C.
***** *****
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018218205A1 (en) * 2018-10-24 2020-04-30 Mahle International Gmbh Gas exchange valve
DE102020212371A1 (en) 2020-09-30 2022-03-31 Mahle International Gmbh Process for the powder metallurgical manufacture of a component
DE102022206387A1 (en) 2022-06-24 2024-01-04 Mahle International Gmbh Hydrogen combustion engine as well as passenger vehicle and commercial vehicle

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07119421A (en) * 1993-10-25 1995-05-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Manufacture of na-sealed hollow engine valve
JPH0821216A (en) * 1994-06-30 1996-01-23 Aisan Ind Co Ltd Engine valve
JPH10202319A (en) * 1997-01-20 1998-08-04 Fuji Oozx Inc Device for straightening special diameter shaft
EP1002883A1 (en) * 1998-11-19 2000-05-24 Eaton Corporation Powdered metal valve seat insert
EP2112337A1 (en) * 2008-04-23 2009-10-28 Carl Freudenberg KG Valve stem seal
WO2012077405A1 (en) * 2010-12-08 2012-06-14 三菱重工業株式会社 Hollow engine valve welding method
WO2015000679A1 (en) * 2013-07-05 2015-01-08 Mahle International Gmbh Assembled hollow valve
JP2016070392A (en) * 2014-09-30 2016-05-09 Nok株式会社 Seal device

Family Cites Families (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1503257A (en) * 1922-03-13 1924-07-29 Frank B Parker Lubricating system for valve stems
US1956014A (en) * 1924-11-22 1934-04-24 Chemical Treat Company Inc Wearing part for internal combustion engines
US1731202A (en) * 1925-11-16 1929-10-08 Gen Motors Corp Chromium-plated exhaust valve
US1938506A (en) * 1932-07-05 1933-12-05 Wellman Davis Milton Valve guide lubricator
US2411764A (en) * 1940-08-30 1946-11-26 Thompson Prod Inc Method of manufacturing ribbed dome hollow head valves
US2471937A (en) * 1944-01-24 1949-05-31 Thompson Prod Inc Method of making hollow poppet valves
US2440461A (en) * 1944-04-22 1948-04-27 Eaton Mfg Co Method of sealing the stem of hollow valves
US2775024A (en) * 1953-05-29 1956-12-25 Thompson Prod Inc Powder metal multi-ring bushing
US2878799A (en) * 1955-06-28 1959-03-24 Perfect Circle Corp Valve stem seal
US2859993A (en) * 1956-10-10 1958-11-11 Perfect Circle Corp Valve stem seal
US2949907A (en) * 1957-12-19 1960-08-23 Thompson Ramo Wooldridge Inc Coolant-filled poppet valve and method of making same
US2906255A (en) * 1958-06-16 1959-09-29 Perfect Circle Corp Valve stem seal
US3198188A (en) * 1961-03-29 1965-08-03 Perfect Circle Corp Valve stem seal
US3228384A (en) * 1964-12-07 1966-01-11 William G Brown Valve stem sealing means with positive stem lubrication
US3498621A (en) * 1968-04-25 1970-03-03 Dana Corp Valve stem seal
US3554180A (en) * 1969-03-21 1971-01-12 Gen Motors Corp Valve stem seal
US3601420A (en) * 1969-09-08 1971-08-24 Dana Corp Valve stem seal
US4125265A (en) * 1977-07-06 1978-11-14 Borg-Warner Corporation Valve stem seal
US4198062A (en) * 1978-09-01 1980-04-15 Borg-Warner Corporation Valve stem seal
DE3838461A1 (en) * 1988-11-12 1990-05-23 Krebsoege Gmbh Sintermetall POWDER METALLURGICAL MATERIAL BASED ON COPPER AND ITS USE
GB8921826D0 (en) * 1989-09-27 1989-11-08 Brico Eng Valve guide
US5062397A (en) * 1990-09-07 1991-11-05 Eaton Corporation Valve stem seal
US5271823A (en) * 1992-06-17 1993-12-21 Eaton Corporation Method of making a trivalent chromium plated engine valve
US5413073A (en) * 1993-04-01 1995-05-09 Eaton Corporation Ultra light engine valve
US5441024A (en) * 1994-05-09 1995-08-15 Val-Kro, Inc. Engine valve
US5465691A (en) * 1995-03-08 1995-11-14 Capaldo; Richard G. Valve guide
US5819774A (en) * 1996-08-28 1998-10-13 Caterpillar Inc. Self-lubricating and wear resistant valve/valve guide combination for internal combustion engines
US6202616B1 (en) * 1999-02-17 2001-03-20 Briggs & Stratton Corporation Valve seal assembly for an internal combustion engine
DE10207818B4 (en) * 2002-02-25 2006-04-06 Carl Freudenberg Kg Valve stem seal on internal combustion engines
US7011067B2 (en) * 2002-08-19 2006-03-14 Trw Chrome plated engine valve
US6718932B1 (en) * 2003-01-24 2004-04-13 Eaton Corporation Lightweight engine poppet valve
US6901902B1 (en) * 2004-02-25 2005-06-07 Freudenberg-Nok General Partnership Two-piece valve stem seal
US9416690B2 (en) * 2009-07-30 2016-08-16 Freudenberg-Nok General Partnership Reduced inertia valve stem seal flange
JP2011132818A (en) * 2009-12-22 2011-07-07 Honda Motor Co Ltd Valve train of internal combustion engine
JP5404472B2 (en) * 2010-02-26 2014-01-29 三菱重工業株式会社 Method for manufacturing hollow engine valve
JP2012087620A (en) 2010-10-15 2012-05-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Metal sodium sealed engine valve
DE102011107956A1 (en) 2011-07-20 2013-01-24 Voith Patent Gmbh Guide for guiding valve stem of e.g. outlet valve of steam engine, has lubricant return channel provided outside of aperture in housing and branching, between axial ends of aperture, from aperture that runs along longitudinal axis
DE102011083743A1 (en) * 2011-09-29 2013-04-04 Aktiebolaget Skf Valve stem seal
DE102012013226A1 (en) 2012-07-04 2014-01-09 Bleistahl-Produktions Gmbh & Co Kg High heat conducting valve seat ring
DE102013203443A1 (en) * 2013-02-28 2014-08-28 Mahle International Gmbh Metallic hollow valve
US9523293B2 (en) * 2013-09-19 2016-12-20 Ford Global Technologies, Llc Internal combustion engine and method for operating an internal combustion engine
JP2015081597A (en) * 2013-10-21 2015-04-27 現代自動車株式会社 Valve train structure of engine
DE102015210552A1 (en) * 2015-06-09 2016-12-15 Mahle International Gmbh Process for coating a valve of an internal combustion engine
JP6296048B2 (en) * 2015-12-24 2018-03-20 トヨタ自動車株式会社 Valve operating device for internal combustion engine

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07119421A (en) * 1993-10-25 1995-05-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Manufacture of na-sealed hollow engine valve
JPH0821216A (en) * 1994-06-30 1996-01-23 Aisan Ind Co Ltd Engine valve
JPH10202319A (en) * 1997-01-20 1998-08-04 Fuji Oozx Inc Device for straightening special diameter shaft
EP1002883A1 (en) * 1998-11-19 2000-05-24 Eaton Corporation Powdered metal valve seat insert
EP2112337A1 (en) * 2008-04-23 2009-10-28 Carl Freudenberg KG Valve stem seal
WO2012077405A1 (en) * 2010-12-08 2012-06-14 三菱重工業株式会社 Hollow engine valve welding method
WO2015000679A1 (en) * 2013-07-05 2015-01-08 Mahle International Gmbh Assembled hollow valve
JP2016070392A (en) * 2014-09-30 2016-05-09 Nok株式会社 Seal device

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Publication number Publication date
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